(57)【要約】【課題】安定した感圧特性を有する感圧スイッチを提供する。【解決手段】基材１表面に導電膜２が形成された２つの電極基板３が、導電膜２が対向するように配置され、基材１を押圧することによって導電膜２どうしが接触し電気的導通がなされる感圧スイッチ１０。導電膜２、２の少なくとも一方は導電性高分子を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜どうしが接触して電気的導通がなされ、押圧力に応じて電気抵抗が変動する感圧スイッチにおいて、
前記導電膜の少なくとも一方は、導電性高分子を含むことを特徴とする感圧スイッチ。
【請求項２】
前記導電性高分子は、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項３】
前記導電性高分子は、ポリチオフェン系高分子からなることを特徴とする請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項４】
導電膜の表面抵抗値は、１５０〜５００Ω／□であることを特徴とする請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項５】
前記導電膜の厚さは、１５０〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項６】
前記基材への押圧力０．６〜１０Ｎの範囲内において、抵抗値の最小値と最大値との比が２０以上であることを特徴とする請求項１に記載の感圧スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の入力デバイスとして用いられるタッチパネルなどに応用できる感圧スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、押圧によって作動するスイッチが広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。この種のスイッチとしては、押圧力に応じた出力が得られる感圧スイッチがある。
図６は、従来の感圧スイッチの一例を示すもので、この感圧スイッチ２０では、樹脂ビーズ２４を含むカーボン導電膜２２が基材２１表面に形成された２つの電極基板２３を、カーボン導電膜２２、２２が対向するように、スペーサ４を挟んで対向配置したものである。
感圧スイッチ２０では、導電膜２２どうしの電気的導通が樹脂ビーズ２４により抑制されるため、押圧力が小さいときには電気抵抗が大きくなり、押圧力が大きくなると電気抵抗が低下する。導電膜２２間の電気抵抗は押圧力に応じた値となるため、出力は押圧力に応じて変化する。
【０００３】
図７は、従来の感圧スイッチの他の例を示すもので、この感圧スイッチ３０では、第１および第２の電極基板３３、３４が対向配置されている。第１電極基板３３の第１導電膜３２は低抵抗カーボンからなる。第２電極基板３４の第２導電膜３５は、低抵抗カーボンからなる導電膜本体３６の表面に、高抵抗カーボンからなるドット状突起３７が形成されている。
感圧スイッチ３０では、押圧力が小さいときには、第１導電膜３２は、少数のドット状突起３７にのみ接触するため出力が小さくなり、押圧力が大きくなると、第１導電膜３２は、多くのドット状突起３７に接するとともに導電膜本体３６にも接するため出力が大きくなる。
【特許文献１】特表２００５−５２８７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の感圧スイッチでは、導電膜の形成条件、例えば、樹脂ビーズ配合条件や乾燥条件などによって、導電膜の抵抗値がばらつきやすく、安定した感圧特性をもつ導電膜を得るのは難しかった。特に、面積の大きな導電膜を有する感圧スイッチでは、感圧特性が不安定になることが多かった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、安定した感圧特性を有する感圧スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１にかかる感圧スイッチは、基材表面に導電膜が形成された２つの電極基板が、前記導電膜が対向するように配置され、前記基材を押圧することによって前記導電膜どうしが接触して電気的導通がなされ、押圧力に応じて電気抵抗が変動する感圧スイッチにおいて、前記導電膜の少なくとも一方は、導電性高分子を含むことを特徴とする。
本発明の請求項２にかかる感圧スイッチは、請求項１において、前記導電性高分子が、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子のうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。
本発明の請求項３にかかる感圧スイッチは、請求項１において、前記導電性高分子が、ポリチオフェン系高分子からなることを特徴とする。
本発明の請求項４にかかる感圧スイッチは、請求項１において、導電膜の表面抵抗値が、１５０〜５００Ω／□であることを特徴とする。
本発明の請求項５にかかる感圧スイッチは、請求項１において  前記導電膜の厚さが、１５０〜３００ｎｍであることを特徴とする。
本発明の請求項６にかかる感圧スイッチは、請求項１において、前記基材への押圧力０．６〜１０Ｎの範囲内で、抵抗値の最小値と最大値との比が２０以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の感圧スイッチでは、導電膜が、導電性成分として導電性高分子を含むものであるので、均一な導電膜を形成できる。このため、形成条件等により品質がばらつきやすい導電膜を用いた従来品（例えば樹脂ビーズやドット状突起を備えたもの）に比べ、安定した感圧特性が得られる。
また、従来品に比べて導電膜の構造が簡単であるため、製造が容易である。
さらに、導電性高分子を用いるので、透明な導電膜の作製が容易であり、デザイン性の点で優れた感圧スイッチが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明にかかる感圧スイッチの一例を示す断面図である。
ここに示す感圧スイッチ１０は、基材１の表面に導電膜２が形成された２つの電極基板３、３が、導電膜２、２が対向するように配置されている。符号４はスペーサである。
【０００８】
基材１は、フィルム状、シート状、板状などとすることができる。押圧により導電膜２どうしを接触させることが必要となるため、少なくとも一方の基材１は、可撓性を有する材料からなる。
基材１の構成材料としては、合成樹脂材料、ガラスなどを挙げることができるが、軽量性および耐久性を考慮すると、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルスルフォンなどの合成樹脂材料が好ましい。
基材１１の構成材料としては、透明な材料を使用することが好ましい。この構成材料としては、絶縁材料が好ましい。
基材１の厚さは、１００〜２５０μｍ、好ましくは１２０〜１９０μｍが好適である。これによって、機械的強度を高めるとともに、十分な柔軟性を得ることができる。
【０００９】
導電膜２、２のうち少なくとも一方は、導電性高分子を含む膜である。
導電性高分子としては、ポリチオフェン系高分子、ポリピロール系高分子、ポリアニリン系高分子のうち少なくとも１つを使用できる。これらは、単独で使用してもよいし、２以上を併用してもよい。
なかでも特に、ポリチオフェン系高分子は、優れた感圧特性が得られる。
ポリチオフェン系高分子としては、例えば、式（１）に示すポリチオフェン系高分子からなる主鎖を有する未ドープの高分子に、ヨウ素等のハロゲン、あるいは他の酸化剤をドープして、これにより前記高分子を部分酸化して、カチオン構造を形成させたものを用いることができる。
【００１０】
【化１】
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【００１１】
式（１）において、基Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ互いに独立に選択することができ、選択肢としては、水素原子；フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子；シアノ基；メチル、エチル、プロピル、ブチル（ｎ−ブチル）、ペンチル（ｎ−ペンチル）、ヘキシル、オクチル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルなどの直鎖アルキル基；イソプロピル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、イソペンチル、ネオペンチルなどの分枝のあるアルキル基；メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシなどの直鎖もしくは分枝のあるアルコキシ基；ビニル、プロペニル、アリル、ブテニル、オレイルなどのアルケニル基、エチニル、プロピニル、ブチニルなどのアルキニル基；メトキシメチル、２−メトキシエチル、２−エトキシエチル、３−エトキシプロピルなどのアルコキシアルキル基；Ｃ２Ｈ５Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｍＣＨ２ＣＨ２基（ｍは１以上の整数）、ＣＨ３Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｍＣＨ２ＣＨ２基（ｍは１以上の整数）などのポリエーテル基；フルオロメチル基等、前記置換基のフッ素等のハロゲン置換誘導体等が例示される。
導電性高分子は、主鎖にπ−共役結合を含むものが好ましい。
導電性高分子としては、光透過性に優れた材料が好ましい。
【００１２】
ポリチオフェン系高分子としては、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）が使用できる。特に、ＰＥＤＯＴをポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）でドーピングしたＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが好ましい。
ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳからなる導電膜は、例えば次のようにして作製できる。
３，４−エチレンジオキシチオフェンモノマーにＦｅ（ＩＩＩ）トリス−ｐ−トルエンスルフォネート溶液、イミダゾールの１−ブタノール溶液を加え、これを基材表面に塗布し、加熱し乾燥した後、メタノール中でリンスしＦｅ（ＩＩ）ビス−ｐ−トルエンスルフォネートを除去する。
【００１３】
ポリチオフェン系高分子として使用可能な市販品としては、スタルクヴィテック株式会社製Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ、長瀬産業株式会社製Ｄｅｎａｔｒｏｎ、アグファゲバルト社製Ｏｒｇａｃｏｎを挙げることができる。
【００１４】
導電膜２は、薄く形成するほど光の透過性を高めることができるが、薄すぎる場合にはリニアリティや導電性が劣化する。
このため、導電膜２の厚さは、１５０〜３００ｎｍの範囲が好適である。
【００１５】
導電膜２の形成は、例えば、導電性高分子を含む原料液を、グラビアコートにより基材１に塗布することにより行うことができる。導電膜２の形成方法としては、ロールコート、ディップコート、スピンコート、バーコート、スプレーコート、印刷等も可能である。
なお、導電膜２、２は、両方が前記導電性高分子を含む膜であることが好ましいが、いずれか一方でもよい。その場合には、他方の導電膜２には、カーボンなどを使用できる。
【００１６】
導電膜２の表面抵抗値は、１５０〜５００Ω／□の範囲にあると、優れた感圧特性が得られる。
【００１７】
スペーサ４は、押圧力が加えられていないときに導電膜２ａ、２ｂを互いに離間した状態とするためのもので、ＰＥＴなどで形成できる。スペーサ４は透明材料で構成することが好ましい。
【００１８】
図２に示すように、一方の電極基板３（第１電極基板３ａ）と、他方の電極基板３（第２電極基板３ｂ）の対向する面には、それぞれ引き回し線６Ａ，６Ｂを設けることができる。引き回し線６Ａ，６Ｂは、互いに直交する位置関係に設けられている。
押圧により導電膜２、２が接触した点（接触点）の位置は、この接触点の電位から検出することができる。
すなわち、引き回し線間６Ａ、６Ａ間に所定の電位差を与えておき、接触点の電位を測定することによって接触点のＸ方向の位置（Ｘ座標）を検出することができる。
また、引き回し線間６Ｂ、６Ｂ間に所定の電位差を与え、接触点の電位を測定することによって接触点のＹ方向の位置（Ｙ座標）を検出することができる。
【００１９】
次に、感圧スイッチ１０の使用方法を説明する。
図１に矢印で示すように、一方の電極基板３（第１電極基板３ａ）の基材１の中央部を下方に押圧する。
これによって、第１電極基板３ａは下方に撓み、第１導電膜２ａが第２電極基板３ｂの第２導電膜２ｂに接し、第１導電膜２ａと第２導電膜２ｂとが電気的に導通する。押圧力を高くすると電気抵抗は低下し、押圧力を低くすると電気抵抗は高くなる。すなわち、導電膜２ａ、２ｂ間の電気抵抗は、押圧力に応じて変化する。
押圧を停止すると、基材１の弾性により導電膜２ａ、２ｂは離れる。
【００２０】
導電膜２ａ、２ｂ間の電気抵抗が押圧力に応じた値となる理由は明らかでないが、導電膜２ａ、２ｂに含まれる導電性高分子の構造が押圧によって変化することに起因すると推測できる。
押圧によって電気抵抗が変化する性質は、導電性高分子としてポリチオフェン系高分子、特にＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを用いた場合に顕著となる。
【００２１】
導電膜２ａ、２ｂ間の抵抗値の変動範囲は、押圧力の小さい範囲にも及ぶことが好ましい。例えば、押圧力が０．６Ｎのときにも電気的導通が得られれば、小さな押圧力でも感圧スイッチ１０を作動させることができるため好ましい。
抵抗値は、押圧力０．６Ｎから１０Ｎに向けて徐々に減少するように変動するのが好ましい。
押圧力０．６Ｎ〜１０Ｎの範囲における抵抗値の最小値と最大値との比は２０以上であることが好ましい。
【００２２】
感圧スイッチ１０では、導電膜２が、導電性成分として導電性高分子を含むものであるので、均一な導電膜２を形成できる。
このため、形成条件等により品質がばらつきやすい導電膜を用いた従来品（例えば樹脂ビーズやドット状突起を備えたもの）に比べ、安定した感圧特性が得られる。
また、従来品に比べて導電膜２の構造が簡単であるため、製造が容易である。
さらに、導電性高分子を用いるので、透明な導電膜２の作製が容易である。例えば、感圧スイッチ１０の裏側に発光素子を配置すれば、その光が感圧スイッチ１０を透過するようになる。このため、デザイン性の点で優れている。
【実施例】
【００２３】
〔実施例１〕
図１に示す感圧スイッチ１０を、次のようにして作製した。
矩形状のＰＥＴフィルム（長さ１５ｃｍ、幅１５ｃｍ、厚さ１８８μｍ）からなる基材１の表面に、ポリチオフェン系高分子水溶液（アグファゲバルト社製Ｏｒｇａｃｏｎ  Ｓ３００）をグラビアコーターで塗布し、１００℃で３分間乾燥させることによって、表面抵抗値５００Ω／□の導電膜２を形成し、電極基板３を得た。
【００２４】
電極基板３を２つ作製し、一方の電極基板３（第１電極基板３ａ）に、銀ペースト（藤倉化成製ＦＡ−３５３）をスクリーン印刷し、１５０℃で３０分間乾燥させることによって引き回し線間６Ａ、６Ａを形成した。他方の電極基板３（第２電極基板３ｂ）にも、引き回し線間６Ｂ、６Ｂを形成した（図２を参照）。
これら電極基板３、３を、ＰＥＴからなるスペーサ４（厚さ７５μｍ）を挟んで向かい合わせ、感圧スイッチ１０を得た。この感圧スイッチ１０を次に示す試験に供した。
【００２５】
（押圧力―抵抗値特性）
先端が半球状に形成された押圧部材（シリコンラバー製、先端部分の曲率半径７ｍｍ）を備えた測定装置を用いて、次の測定を行った。
一方の電極基板３の基材１の中央部を、前記押圧部材で押圧し導電膜２ａ、２ｂを接触させ、その際の押圧力（荷重）と、導電膜２ａ、２ｂ間の電気抵抗との関係を調べた。結果を図３に示す。
この図より、電気抵抗が押圧力に応じて変化することがわかる。
【００２６】
〔実施例２〜６〕
実施例１に準じて、導電膜２ａ、２ｂの厚さが異なる感圧スイッチ１０を作製した。これらを次に示す試験に供した。
【００２７】
（光透過率）
ＬＥＤを実装した回路を感圧スイッチ１０に接続し、感圧スイッチ１０によってＬＥＤが点灯する照明装置を作製した。感圧スイッチ１０を透過した光の強度を検出し、光透過率を算出した。光透過率は、導電膜２ａ、２ｂの厚さに応じた値となる。結果を表１に示す。
比較のため、導電膜をカーボンで構成したこと以外は上記感圧スイッチ１０と同様の構成の感圧スイッチを測定に供した（比較例）。
【００２８】
（リニアリティ）
引き回し線間６Ａ、６Ａに電圧を印加して電位分布を測定した。測定点の数は１０×１０＝１００とした。
図４に示すように、前記検出電極により検出した接触点の位置（ＸＹ座標）との誤差（すなわち電圧の理論値と実測値との差）に基づいて、次の式によりリニアリティを算出した。
リニアリティ（％）＝ΔＥ／Ｅ・１００
結果を表１に示す。リニアリティは３％以下であることが望ましい。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１より、実施例の感圧スイッチ１０では、導電膜２ａ、２ｂが厚く形成されたもの（すなわち光透過率が低いもの）ほど、リニアリティが低いことがわかる。
特に、光透過率が８８％以下であるものは、リニアリティが良好である（３％以下）ということができる。
【００３１】
（押圧力―抵抗値特性）
実施例２（光透過率３０％、表面抵抗値１５０Ω／□）、実施例３（光透過率５０％、表面抵抗値５００Ω／□）、実施例４（光透過率８０％、表面抵抗値１８００Ω／□）、実施例６（光透過率９０％、表面抵抗値４８００Ω／□）について、上述の測定装置を用いて押圧力と電気抵抗との関係を調べた。結果を図５に示す。
【００３２】
この図より、導電膜２ａ、２ｂが比較的厚く形成されたものは、抵抗値の変動範囲が、押圧力の小さい範囲にも及び、感圧挙動を示すダイナミックレンジが広いことがわかる。
特に、実施例２、３では、抵抗値の変動範囲が押圧力０．６Ｎに達しており、小さな押圧力で作動することがわかる。
実施例２、３では、押圧力０．６〜１０Ｎの範囲内において、抵抗値の最小値と最大値との比が２０以上であり、ダイナミックレンジが十分に広いということができる。
この結果より、表面抵抗値が１５０〜５００Ω／□の範囲にある実施例２、３では、優れた感圧特性が得られたことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の感圧スイッチは、優れた感圧特性を有するため、タッチパネルに適用できる。このほか、液晶表示装置、ＥＬ表示装置等などの各種電子デバイスにも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかる感圧スイッチの一例を示す断面図である。
【図２】実施例の感圧スイッチを模式的に示す分解斜視図である。
【図３】押圧力―抵抗値特性の試験結果を示すグラフである。
【図４】リニアリティの概念を説明する説明図である。
【図５】押圧力―抵抗値特性の試験結果を示すグラフである。
【図６】従来の感圧スイッチの一例を示す断面図である。
【図７】従来の感圧スイッチの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ、１ｂ・・・基材、２、２ａ、２ｂ・・・導電膜、３、３ａ、３ｂ・・・電極基板、１０・・・感圧スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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